專利名稱：利用微變壓器的功率和信息信號傳遞的制作方法
利用微變壓器的功率和信息信號傳遞本申請是申請日為2005年8月19日、申請?zhí)枮?0058003^55. 4，發(fā)明名稱為“利
用微變壓器的功率和信息信號傳遞”的發(fā)明專利申請的分案申請。
背景技術(shù)：
可以用在輸入電路和輸出電路之間具有隔離阻障(isolation barrier)的隔離器提供裝置之間的電(電流)隔離。輸入電路可以被參考第一地線，輸出電路可以參考不同的第二地線，第二地線與第一地線電流隔離，從而在二者之間無電流。除了提供信息信號的隔離傳遞之外，這些裝置通常還具有要由彼此隔離的電源供電的輸入和輸出電路。例如，可以用兩個分離的具有不同地線的電源提供電源；或者通過提供帶有分立變壓器的隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器以從提供給隔離阻障一側(cè)的功率導出隔離阻障另一側(cè)的功率，從而提供電源。圖1示出了全橋正向DC-DC轉(zhuǎn)換器的例子。轉(zhuǎn)換器100具有驅(qū)動變壓器TRl的開關晶體管MP1、MP2、麗1和麗2。四個開關晶體管可以被實現(xiàn)為全PMOS型或者全匪OS型。 在典型的操作中，首先，晶體管MPl和麗2導通一個時間段DT (0 < D < 1)；然后，晶體管麗1 和麗2導通一個時間段(I-D) T，其中T代表半周期。然后，晶體管MP2和晶體管麗1導通一個時間段DT ；晶體管MPl和MP2導通該周期的持續(xù)時間。因為功率僅在兩個DT時間段期間傳遞，所以電壓或者功率傳遞由變量D控制。在晶體管MPl和麗2關閉(導通)的第一個DT時間段期間，電流被提供通過變壓器TRl的初級繞組102，并且在次級繞組104中被感應以傳遞到整流器106、濾波器108和負載(未示出)，其中負載連接在輸出端子V(OUT)與輸出側(cè)地線GNDB(不同于輸入側(cè)地線 GNDA)之間。電流也被汲取以為變壓器的磁化電感充電。在晶體管MP2和麗1導通的第二個DT時間段中，該磁化電感放電。為了生產(chǎn)小的隔離器，可以利用微變壓器。如此處所使用的，“微變壓器”是指小的變壓器，其中利用平面制作方法形成至少一個繞組，包括但不限于半導體技術(shù)，優(yōu)選以有利于與相同或類似襯底上的其它電路元件相互連接的方法。平面繞組可以在硅襯底上(上或上方)、印刷電路板(PCB)或者其他材料上形成。如果兩個繞組都在半導體襯底上形成， 可能與該襯底接觸或分離開，則微變壓器被稱為“片上”的。片上微變壓器的例子、尤其是 “空心”微變壓器在公開受讓的美國專利No. 6，219，907和2002年8月8日提交的、公開號為2003/0042571的美國專利申請序列號10/214，883中示出，這兩個專利文獻均以參考的方式全部包括在此。微變壓器通常具有小的電感(L)和高的串聯(lián)電阻(R)，因而它們的L/R 值小。時間段DT應小于L/R，否則變壓器將由于串聯(lián)電阻R上的電壓降而使電流飽和并損失效率。如果濾波感應器LF也被形成為微感應器，則可能由于高的串聯(lián)電阻而進一步損失效率。利用微變壓器難以獲得大的濾波器電感，因此鼓勵使用高值的濾波電容器C2來使轉(zhuǎn)換器輸出上的紋波最小化。使用大的濾波電容器通常與制作小隔離器的目的不一致。在一些具有諧振開關(resonant switching)的裝置中，為了使用微變壓器，高開關頻率被用來驅(qū)動晶體管開關。但是，隨著頻率變高和DT變小，控制電路會變得更復雜也更困難。

發(fā)明內(nèi)容
此處所述的實施例包括可以提供跨隔離阻障的功率的功率轉(zhuǎn)換器，諸如通過使用線圈。實施例包括帶有片上微變壓器的功率轉(zhuǎn)換器和帶有以正反饋配置與變壓器相連的晶體管的線圈驅(qū)動器。片上變壓器不需要鐵芯。可以通過測量輸出功率并按需要在電源和線圈驅(qū)動器之間打開或關閉開關，以受控的方式將線圈驅(qū)動器耦合到電源電壓。此處描述的其它實施例包括可以隔離使用也可以不隔離使用的FET驅(qū)動器。電路中所使用的變壓器可以是空心裝置，并且可以利用半導體處理技術(shù)被形成為一個或多個襯底上的非常小的裝置，從而制造小裝置。通過以下詳細描述、附圖和權(quán)利要求，其它特征和優(yōu)點將顯而易見。


圖1是典型的現(xiàn)有技術(shù)全橋開關DC-DC轉(zhuǎn)換器的簡化電路示意圖；圖2A是隔離的功率轉(zhuǎn)換器的簡化的部分示意、部分框圖，圖2B具有圖2A所示電路的一組波形。圖3是儲能回路的示意圖。圖4和圖5是圖2A所示電路的可選實施例。圖6是在襯底上實現(xiàn)的與圖2A所示相似的電路的部分透視、部分示意圖。圖7A和圖8A是隔離的FET驅(qū)動器的示意圖。圖7B和圖8B分別為圖7A和圖8A所示電路的波形圖。圖9是可以不隔離提供的電源轉(zhuǎn)換器的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的應用不限于以下介紹中所描述或附圖所示出的元件構(gòu)造和結(jié)構(gòu)的細節(jié)， 而是可以適用于其它實施例并且可以用多種方法實施或執(zhí)行。并且，此處所使用的措辭和術(shù)語僅出于描述之目的，不應被視為限制性的。此處使用“包括”、“包含”或“具有”、“含有”、 “涉及”及其變體是表示包括其后所列的項目和這些項目的等價物以及附加項目。不論是否示出，實施例的各個方面可以單獨實施或者以不同的組合實施，并且所示出或所討論的每個實施例均視為非限制性例子。現(xiàn)在將討論由單個電源供電的隔離器的例子，其中通過使用微變壓器從該單個電源導出第二隔離電源。參考圖2A，示出了隔離的功率轉(zhuǎn)換器200的第一實施例的簡化示意電路圖。電壓源Vdd通過開關212被耦合到線圈驅(qū)動器210。線圈驅(qū)動器包括晶體管QMP1、QMP2、QMNl 和QMN2，這些晶體管以正反饋配置連接。這些晶體管優(yōu)選不將它們的柵極直接耦合到控制電路來導通和切斷它們，而是依靠開關212來連接到電壓電源。為了驅(qū)動可以被形成為片上微變壓器的功率變壓器TR2，電容器Cl與變壓器的初級繞組202并聯(lián)，形成LC儲能回路網(wǎng)絡。儲能回路網(wǎng)絡以由下式給出的頻率f開關，
其中L是初級繞組202的電感，C是初級繞組上的總電容，包括Cl和四個開關晶體管的柵極到漏極電容。儲能回路可以具有也可以沒有獨立的電容器；如果沒有，則電容僅為晶體管的柵極到漏極電容。功率由次級繞組204傳遞給次級側(cè)的電阻性負載(未示出)，如同電阻性負載跨在LC儲能回路網(wǎng)絡上一樣。頻率f優(yōu)選大于10MHz，更優(yōu)選大于約50MHz， 還優(yōu)選大于約100MHz。在一個例子中，初級繞組的電感為約12nH，頻率大約為100MHz，這意味著電容大約為200pF。由于集成的變壓器TR2的L/R值小，并且沒有變壓器鐵芯，所以儲能網(wǎng)路應該以相對高的頻率開關，以避免電流飽和并且具有高效率。儲能回路網(wǎng)絡的效率與由下式給出的儲能回路的Q成比例O -ω
Κ202其中，L2tl2和I^2tl2分別為初級繞組202的電感和串聯(lián)電阻。次級繞組對效率也有貢獻。參照圖3，儲能回路可以被建模為與初級繞組上的電容C并聯(lián)、并且還與實際負載電阻RL和電阻Rp并聯(lián)的初級繞組電感L2tl2，其中電阻Rp代表儲能回路耗散，并且由公式 Rs(Q2+1)表示，其中Rs為初級繞組的串聯(lián)電阻。Rp和RL之間的關系決定儲能回路的效率。 如果Rp無限大，則所有能量被傳遞到負載電阻RL。Rp的值越小，在Rp中損失并且不能傳遞到負載的儲能回路能量的比率就越高。變壓器初級繞組到次級繞組的不理想耦合就意味著一些能量被損耗。在空心變壓器中堆疊線圈的一個典型實施中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)耦合系數(shù)可達到0. 9。然而，為了使儲能回路能夠承受振蕩，電阻器Rp和RL的并聯(lián)組合的值必須大于1/gm，其中g(shù)m是開關的跨導?？梢酝ㄟ^不是始終為儲能回路提供功率來實現(xiàn)一些功率節(jié)省。在一定比例的時間內(nèi)，可以將其去激勵，且足夠量的功率仍然將被傳遞到負載。這種能力取決于負載功率要求。為了使儲能回路去激勵，開關212的狀態(tài)由在線214上提供的脈寬調(diào)制器(PWM) 信號控制。變壓器TR2因此被調(diào)制信號驅(qū)動，從而功率以更高的效率被傳遞，其中平均電源通過LC儲能回路的平均“導通”時間控制。該控制使得不需要如圖1所示典型全橋轉(zhuǎn)換器中那樣控制進入初級線圈的高頻信號的占空比。次級繞組204上的信號通過整流器216提供給電容性濾波器218，可以使用電容器 C2。電容器可以在芯片外部，但是一些片上電容也是需要的，因為外部旁路電容器也具有高的等效串聯(lián)電感(ESL)。所得到的可能為約5v的信號被提供在由RL所表示的負載上。在一些應用中，如果需要電壓調(diào)節(jié)，則可以如圖2A所示地實施動態(tài)開關控制器電路。該控制器監(jiān)控輸出電壓，并且在比較器224中將輸出電壓與來自基準源226的基準電壓相比較。如圖2A所示，可以通過利用具有在節(jié)點2 處相連的電阻器Rl和R2的電阻性分壓器，把被比較的電壓從節(jié)點222處的輸出電壓按比例縮小，并且因此，實際上節(jié)點2 處的電壓與來自基準源226的基準電壓相比較。如果節(jié)點2 上的電壓高于基準電壓(即高于所需要的)，則比較器2M的輸出被驅(qū)動到低值，該低值經(jīng)由線234提供給編碼器232。編碼器232利用信號驅(qū)動變壓器TR3的初級繞組M2，并且變壓器TR3的次級繞組244把相應的信號耦合到解碼器M6的輸入端。響應地，解碼器246在線214上發(fā)出控制信號以控制LC儲能回路網(wǎng)絡。如果節(jié)點2 上被縮放的輸出電壓落到基準源2 所設立的閥值之下，則比較器2M的輸出就變高，并且編碼器232通過變壓器TR3把相應的信號傳送到解碼器246。編碼器246然后在線214上傳送控制信號以關閉開關212，從而允許LC儲能回路振蕩。由于功率變壓器TR2的次級線圈204的串聯(lián)電阻，節(jié)點222處的實際輸出電壓取決于輸出電流，從而使調(diào)節(jié)成為可能。變壓器TR2和TR3優(yōu)選為微變壓器?？梢杂孟嗤墓に囍圃旃β首儔浩鱐R2和控制信號變壓器TR3，或者也可以以不同的方法分別制造。這兩個變壓器“左”側(cè)的電路參考第一地線，GNDA(由黑心向下的三角形表示)，而這兩個變壓器“右”側(cè)的電路參考與第一地線電隔離的另一地線，GNDB(由空心向下的三角形表示)。圖2B示出了圖2A所示電路的一組示例性波形。節(jié)點222處的輸出電壓被示為約為5v的、紋波可以為例如大約+/_50mV的直流信號。當節(jié)點222上的信號降到閥值之下時， 比較器2M在線234上輸出高電平信號。該信號被提供給提供編碼信號的編碼器232。圖 2B所示的該編碼信號的一個例子將使用用于上升沿的雙脈沖和用于下降沿的單脈沖。解碼器246檢測編碼信號，并生成線234上信號的延遲逆反版本，以打開和關閉開關212。當節(jié)點214上的信號變低時，開關212關閉，以允許儲能回路以由儲能回路的元件所決定的頻率提供振蕩信號，例如大約為100MHz。該信號然后被次級繞組204提供給整流器216。整流后的信號被電容性濾波器218濾波，以產(chǎn)生節(jié)點222的與圖2B所示類似的信號。參考圖4和圖5，在其它實施例中，線圈驅(qū)動器、整流器和電容性濾波器與圖2A中的相似，但是控制器電路以不同的配置實現(xiàn)。在圖4所示的實施例中，按比例縮小的輸出電壓被提供給放大器402(代替圖2A中的比較器224)，以產(chǎn)生誤差電壓。誤差電壓在比較器 406中與來自鋸齒波發(fā)生器404的(固定頻率)鋸齒波信號相比較。因此，固定頻率PWM控制信號在線408上被生成，并且被提供給編碼器232從而以與圖2A所示類似的方式控制開關。圖4中的整流器410可以是簡單電橋電路(包括二極管D1-D4)，具有用作電容性濾波器的電容器C2，并且在整流器的輸出處沒有串聯(lián)濾波器電感器?？梢圆捎闷渌髋渲?。例如，在圖5所示的實施例中，整流器只具有兩個二極管，Dl和D3，其中中間分接的次級變壓器繞組204’作為變壓器TR2的一部分。作為圖2A、圖4和圖5所示反饋方法的替代方法，功率轉(zhuǎn)換器可以這樣實現(xiàn)，即 PWM儲能回路開關的控制信號被設置為固定的或由一些其他裝置編程的特定占空比?？梢愿鶕?jù)具體需要的輸出電壓與輸入電壓之間的關系，通過選擇變壓器TR2繞組的匝比以提供升壓傳遞或降壓傳遞來配置這些結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，次級繞組的繞組數(shù)是初級繞組的繞組數(shù)的兩倍，并且因此其電感是初級繞組的四倍。變壓器TR2上傳遞的功率通常大于IOOmW,可能超過500mW，并可能達到IW (或者可能更高)。將微變壓器用于邏輯數(shù)據(jù)傳遞和功率傳遞，并且在需要時還用于反饋路徑中的其它控制信號，就可以更容易集成所有隔離功能。盡管可以使用不同的工藝，但可以使用相同的制造工藝制造所有變壓器。而且，可以添加任何數(shù)量的單向或雙向的數(shù)據(jù)通道，以提供任意數(shù)量的自供電(self-powered)隔離器。單個變壓器可以被用于功率和數(shù)據(jù)傳遞二者。例如，輸入數(shù)字信號或由此導出的信號可以被用來控制儲能回路開關212 ；可以添加接收器以從功率轉(zhuǎn)換器中的調(diào)制信號解碼輸入數(shù)字信號。在信號隔離不是使功率到達芯片不同部件的因素的情況下，諸如在功率總線布線困難或者需要不同電源電壓的情況下，可以使用這些功率轉(zhuǎn)換方法。因此，這些使用微變壓器的電路可以被用來提供可用電源電壓的本地上升或下降，以提供另一電壓。可以使用任何適當?shù)奈⒆儔浩髟O計，但是在這些實施例中，本處所討論的微變壓器優(yōu)選為無心變壓器，有時被稱為“空心”變壓器，并且優(yōu)選是片上的；然而，此處所描述的電路可以與具有鐵芯的變壓器、在PCB反面上所形成的微變壓器或者與以公知的分立線繞組(wire winding)所形成的變壓器一起使用。在無心變壓器中，可以通過(a)制造非常緊密的變壓器繞組、和(b)以高頻率操作變壓器而獲得效率。目前，使用心可能增加厚度、重量和成本，并且可能還需要使用低頻率。此外，對于相同的線圈尺寸，通?？梢允褂每招姆椒▉慝@得線圈繞組之間更多的隔離，雖然本處所描述的實施例不排除使用心。在集成電路中經(jīng)常被用來制造金屬層的一種金屬是鋁。當金屬層要被用于變壓器的線圈繞組時，可以有助于增加底部線圈的厚度，以便降低其電阻并提高其L/R比。一個或兩個線圈繞組可以由非工藝金屬形成，即不同于在形成半導體裝置和電路的加工中所使用的金屬。在后處理操作或一系列操作中，在已經(jīng)形成電路元件之后，變壓器可以由金或沉積在已經(jīng)包含電路元件的襯底上的另一金屬制成。這種方法使得可以使線圈繞組比例如被用來形成開關晶體管和其它元件的CMOS工藝中的典型金屬層更厚。在一個實施例中，片上微變壓器具有三層金屬，使得自襯底向外各層依次是襯底、晶片鈍化層 (wafer passivation layer)，晶片鈍化層上用于從焊墊(bond pad)連接至螺線(spiral) 中心的第一金屬層、第一絕緣層、經(jīng)由通孔連接到第一金屬層的第一底部繞組、第二絕緣層、和第二頂部繞組。在進一步變化或替換性實施例中，在已經(jīng)使用例如CMOS制作形成其它元件之后，可以在襯底上形成期望厚度的電介質(zhì)、諸如氧化物層或聚酰亞胺層，然后，可以在該層的頂部上形成線圈繞組。這種方法抬高底部線圈使其脫離襯底，從而減少了從底部線圈到襯底的電容。聚酰亞胺是可以被用于這種結(jié)構(gòu)并且可以用于分離繞組的電介質(zhì)的例子，因為其比很多氧化物傾向于具有更好的靜電放電特性和更好的抗穿通性，盡管可以使用氧化物。兩個變壓器TR2和TR3可以、但不必具有相同構(gòu)造。例如，變壓器TR3中的線圈 244不必具有低電阻，且因此可以使其與其它線圈不同。圖2A、圖4和圖5中所示的功率傳遞(DC-DC轉(zhuǎn)換器)結(jié)構(gòu)可以與諸如被引入的專利和申請中所公開的隔離器結(jié)合，以在使用集成電路制作技術(shù)所制造的集成電路封裝中提供低成本的信號和功率傳遞以及隔離。參考圖6，該示意圖示出如何在襯底602和襯底604上形成功率轉(zhuǎn)換器。節(jié)點606 處所提供的邏輯信號輸入、襯底602上的電路和變壓器TR5、TR6和TR7中每一個的一個線圈參考第一地線GNDA。這些變壓器可以是微變壓器，并且可以是無心片上變壓器。節(jié)點608 處所提供的信號輸出、襯底604上的電路和每個變壓器的另一線圈參考第二地線GNDB。發(fā)射器電路610接收提供給節(jié)點606的輸入信息(例如邏輯)信號，并且驅(qū)動變壓器TR7的初級繞組612。變壓器TR7的次級繞組614為接收器電路616提供對應的波形。接收器電路解碼所接收的波形，并且形成再現(xiàn)輸入信號606的輸出信號608。發(fā)射器和接收器電路的工作和構(gòu)造可以例如如被引入的文獻中所討論的那樣。線圈驅(qū)動器620、優(yōu)選類似于圖2A中的線圈驅(qū)動器210，接收來自Vdd的輸入，并且驅(qū)動變壓器TR6的初級繞組。變壓器TR6的次級繞組被提供給具有濾波(未示出)的整流器622，以在節(jié)點630處提供調(diào)整后的功率轉(zhuǎn)換器輸出。功率轉(zhuǎn)換器輸出也被反饋回反饋控制器，其中反饋控制器由比較器624 (包括圖2、圖4和圖5的感測和比較電路以及編碼器 232)表示，其提供信號至變壓器TR5的初級繞組。TR5的次級繞組提供信號至解碼器M6， 解碼器246提供控制信號以控制電源電壓和線圈驅(qū)動器620之間的連接，諸如通過控制圖 2A所示的開關。隔離器電路和功率轉(zhuǎn)換器電路可以以任何適當?shù)姆绞奖环庋b。例如，可以有由單個功率轉(zhuǎn)換器驅(qū)動的多個隔離器，或者可以提供雙向隔離器。功率轉(zhuǎn)換器可以提供用于一個或多個隔離器的接收電路的和用于一個或多個其它隔離器(或通道)的發(fā)射器電路的隔離功率。變壓器被表示為在襯底604上被制作，但是其可以在襯底602上被制作。盡管圖 6表示了具有兩個襯底的實施例，但是可以使用更多襯底，例如在沒有發(fā)射器、接收器、驅(qū)動器、編碼或解碼電路的一個或多個獨立襯底上有一個或多個變壓器?；谖⒆儔浩鞯墓β兽D(zhuǎn)換器可以被用于以提供功率和邏輯信息的方式驅(qū)動輸出電路，諸如具有絕緣柵極場效晶體管(IGFET)的輸出。圖7A和圖8A描繪了 IGFET驅(qū)動器的兩個例子，圖7A具有兩個分別提供邏輯和功率的變壓器，圖8A調(diào)制功率轉(zhuǎn)換器以提供功率和邏輯。參考圖7A和圖7B，電壓電源通過開關212被耦合至線圈驅(qū)動器，其中線圈驅(qū)動器以與圖2A中電路中相似的方式驅(qū)動變壓器。在此種情況下，圖7B所示的FET IN邏輯信號被提供給使用系統(tǒng)的輸入頻率和輸出電容作為因子的驅(qū)動器726，以便以大約IMHZ的頻率提供控制信號722，從而控制開關212。如圖7B所示，信號具有半個周期，并且相比于FET IN被逆反和延遲。當信號722低時，開關被關閉，并且線圈202(并因此線圈204)上的信號以高頻率在+5v和-5V之間振蕩，諸如高于IOMHz的頻率，并且優(yōu)選為約100MHz。線圈204被分接以提供三個信號，其中每個信號被提供到與電容器并聯(lián)的獨立正向偏壓二極管，以提供+15v、+10v和+5v的調(diào)整后電壓，并且地線與變壓器的輸入側(cè)隔離。FET IN信號還以類似于圖2A中的方式被提供通過編碼器724、變壓器720和解碼器710，如變壓器720上圖7B中的信號所示。編碼器710的電壓輸入是5v和0v，因此解碼器710的輸出是模仿FET IN的隔離邏輯信號。解碼器710的輸出被提供給低側(cè)FET驅(qū)動器 708和電平轉(zhuǎn)換器712，然后提供給高側(cè)FET驅(qū)動器706。電平轉(zhuǎn)換器將來自解碼器710的信號從0-5v的范圍轉(zhuǎn)換為10-15v的范圍。放大器706和708每一個分別被耦合到IGFET 702和704。由所得到的FET OUT信號是FET IN的延遲版本，并在15v被提供。圖8A是使用與圖7A類似原理的另一實施例，但使用一個變壓器用于跨隔離阻障的功率和信息傳遞。同圖7A—樣，F(xiàn)ET IN信號控制電壓電源和驅(qū)動儲能回路的線圈驅(qū)動器之間的開關，并且從而調(diào)制功率輸出。如圖8B所示，F(xiàn)ET IN信號控制開關，并且當開關被關閉時，儲能回路提供高頻振蕩信號，例如高于10MHz，并且優(yōu)選高于100MHz。同圖7A —樣，次級繞組被分接，并且來自變壓器的每一條線均被提供給與電容器并聯(lián)的獨立二極管，從而以+15v、+IOv和+5v提供調(diào)整后的輸出。節(jié)點810處的+5v輸出驅(qū)動電阻性負載808，并且還被提供給電平轉(zhuǎn)換器816，然后被提供給在15v和IOv電源之間供電驅(qū)動的第一驅(qū)動器814，并且還被提供給在5v電源和地電勢之間供電驅(qū)動的第二驅(qū)動器812。電平轉(zhuǎn)換器816把輸入到第二驅(qū)動器812的信號轉(zhuǎn)換到正確的電壓范圍，以驅(qū)動第一驅(qū)動器814。如圖8B所示，節(jié)點810處的信號被從FET IN逆變，并且當信號為高時， 具有小紋波。來自電平轉(zhuǎn)換器816的輸出與此類似，但是在+15v和+IOv之間。所得到的 FET OUT信號在15和Ov之間，并且跟隨FET IN邏輯信號。圖9A是使用與上述電路類似原理的非隔離功率轉(zhuǎn)換器900的一個例子，包括圖2A 中的線圈驅(qū)動器方面。電壓輸入VIN被耦合到由相對低頻信號Vcontrol控制的開關902 和被形成為交叉耦合PMOS晶體管的線圈驅(qū)動器904，其中每個晶體管的源極耦合到另一晶體管的柵極以提供正反饋。線圈驅(qū)動器904被耦合到儲能回路906，其中第一電感器Ll與電容器C3和第二電感器L2并聯(lián)。儲能回路906產(chǎn)生高頻振蕩，該高頻振蕩被提供給整流器908，并且然后被提供給濾波電容器C4，以提供輸出V0UT。開關902的控制信號可以具有約IMHz的頻率，盡管儲能回路的頻率高得多，例如為IOOMHz。此電路優(yōu)選不具有與來自整流器的輸出串聯(lián)的電感器。已經(jīng)描述了本發(fā)明至少一個實施例的幾個方面，但是本領域的技術(shù)人員會很容易的想到各種變化、修正和改進。這些變化、修正和改進是本公開的一部分，并且在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。相應地，以上描述和附圖僅是為了示例。例如，盡管在這些示例中以 IOOMHz的頻率描述了儲能回路，但是其它頻率也可以被使用，優(yōu)選為高于10MHz，并且更優(yōu)選為大于50MHz。盡管所示的功率轉(zhuǎn)換器是DC-DC，但是上述電路的多個方面也可以被用于其它轉(zhuǎn)換器(AC-AC，DC-AC，或者AC-DC)中。
權(quán)利要求
1.一種功率轉(zhuǎn)換器，包括用于在第一繞組接收信號并且在第二繞組提供與所接收的信號隔離的信號的第一微變壓器；用于將電壓耦合到所述第一微變壓器的開關； 用于接收調(diào)整后直流信號的輸出端子；耦合到所述輸出端子和開關的反饋電路，所述反饋電路包括第二微變壓器。
2.如權(quán)利要求1中所述的功率轉(zhuǎn)換器，進一步包括耦合到第一繞組的線圈驅(qū)動器，所述線圈驅(qū)動器包括以正反饋配置連接的晶體管，其中所述開關將電壓耦合到所述線圈驅(qū)動器并且所述線圈驅(qū)動器控制在所述第一微變壓器的第一繞組處接收到的信號。
3.如權(quán)利要求2中所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中所述開關將電壓電源耦合到所述線圈驅(qū)動ο
4.如權(quán)利要求1中所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中所述第一繞組和所述第二繞組是平面繞組。
5.一種電路，包括具有初級繞組和次級繞組的變壓器； 用于將電壓耦合到所述初級繞組的開關；和耦合到所述次級繞組的整流器，用于提供DC輸出；其中所述開關具有由邏輯信息信號控制的控制端口，所述電路通過一個且僅一個變壓器提供功率轉(zhuǎn)換和邏輯信號。
6.如權(quán)利要求5中所述的電路，進一步包括耦合到初級繞組的線圈驅(qū)動器，所述線圈驅(qū)動器包括以正反饋配置連接的晶體管，其中所述開關將電壓耦合到所述線圈驅(qū)動器并且所述線圈驅(qū)動器控制在所述變壓器的初級繞組處接收到的信號。
7.如權(quán)利要求6中所述的電路，其中所述開關將電壓電源耦合到所述線圈驅(qū)動器。
8.如權(quán)利要求5中所述的電路，其中所述初級繞組和所述次級繞組是平面繞組。
9.如權(quán)利要求5中所述的電路，其中所述變壓器是微變壓器。
10.一種電路，包括具有初級繞組和次級繞組的第一變壓器； 用于將電壓耦合到所述初級繞組的開關； 耦合到所述次級繞組的整流器，用于提供DC輸出；和耦合到晶體管的控制端口的驅(qū)動器；其中所述開關具有由邏輯信息信號控制的控制端口，所述電路還包括具有初級繞組和次級繞組的第二變壓器，用于將所述邏輯信息信號耦合到所述驅(qū)動器，其中所述初級繞組均參考第一地線，所述次級繞組均參考第二地線，以提供隔離的功率轉(zhuǎn)換和邏輯信號傳輸。
11.如權(quán)利要求10中所述的電路，進一步包括耦合到第一繞組的線圈驅(qū)動器，所述線圈驅(qū)動器包括以正反饋配置連接的晶體管，其中所述開關將電壓耦合到所述線圈驅(qū)動器并且所述線圈驅(qū)動器控制在所述第一微變壓器的第一繞組處接收到的信號。
12.如權(quán)利要求11中所述的電路，其中所述開關將電壓電源耦合到所述線圈驅(qū)動器。
13.如權(quán)利要求10中所述的電路，其中所述初級繞組和所述次級繞組是平面繞組。
14.如權(quán)利要求10中所述的電路，其中所述變壓器是微變壓器。
15.一種功率轉(zhuǎn)換器，包括沒有鐵芯的第一片上變壓器，所述變壓器至少包括第一繞組和第二繞組，用于將功率從所述第一繞組耦合到所述第二繞組。
16.如權(quán)利要求15中所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第一繞組和第二繞組參考不同的地線， 并且電流隔離。
17.如權(quán)利要求15中所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第一繞組和第二繞組不被電流隔離。
18.如權(quán)利要求15中所述的轉(zhuǎn)換器，還包括反饋電路，用于耦合從所述第二繞組上的信號所導出的反饋信號以控制提供給所述第一繞組的信號。
19.如權(quán)利要求18中所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第一繞組與第二繞組參考不同的地線， 并且電流隔離，其中所述反饋網(wǎng)絡包括隔離阻障，用于將信號從所述第二繞組側(cè)提供至所述第一繞組側(cè)。
20.如權(quán)利要求15中所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第一繞組與電容并聯(lián)，以形成諧振頻率至少為約IOOMHz的儲能回路。
21.如權(quán)利要求15中所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述轉(zhuǎn)換器為DC-DC功率轉(zhuǎn)換器。
22.如權(quán)利要求15中所述的轉(zhuǎn)換器，還包括具有第一繞組和第二繞組的第二片上變壓器，其中所述第二片上變壓器用于耦合邏輯信號。
23.如權(quán)利要求22中所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第一變壓器的第一繞組和所述第二變壓器的第一繞組參考同一地線，并且與各自的第二繞組參考不同的地線。
24.一種功率轉(zhuǎn)換器，包括包括與電容并聯(lián)的線圈的儲能回路，所述儲能回路用于以至少IOMHz的頻率振蕩；和用于連接電源并且耦合到所述儲能回路的開關電路。
25.如權(quán)利要求M所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述儲能回路的線圈是變壓器的初級繞組。
26.如權(quán)利要求25所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述變壓器為沒有鐵芯的片上變壓器。
27.如權(quán)利要求M所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述電容包括獨立電容器。
28.如權(quán)利要求M所述的轉(zhuǎn)換器，還包括開關電路，所述開關電路包括至少一個用于將所述儲能回路耦合到電壓電源的晶體管，其中所述電容由所述開關電路中所述至少一個晶體管提供。
29.如權(quán)利要求觀中所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述開關電路包括第一晶體管和第二晶體管，所述第一晶體管和第二晶體管每個的控制端口被耦合到所述第一晶體管和第二晶體管中另一個的一側(cè)。
30.如權(quán)利要求M中所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述頻率大于約50MHz。
31.如權(quán)利要求M中所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述頻率大于約100MHz。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用微變壓器的功率和信息信號傳遞。本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換器提供跨隔離阻障的功率，諸如通過使用線圈。線圈驅(qū)動器具有以正反饋配置連接的晶體管，并通過測量輸出功率、且按照需要在電源和線圈驅(qū)動器之間打開或關閉開關，以受控方式耦合至電源電壓。輸出電路、諸如FET驅(qū)動器可以隔離或不隔離地被使用，以提供功率和邏輯信號。
文檔編號H02M3/335GK102324851SQ201110235730
公開日2012年1月18日 申請日期2005年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月20日
發(fā)明者羅恩·克力格, 陳保興 申請人:美國亞德諾半導體公司